钢轨铝热焊接接头超声波探伤异常反射波研究

钢轨铝热焊接接头超声波探伤异常反射波研究

仉强,  ,李海瑞

济南轨道交通集团第一运营有限公司， 山东 济南 250000

【摘要】

基于研究钢轨铝热焊接接头超声波探伤异常反射波，本文通过分层打磨、显微组织以及热处理试验这几个方面来展开深入的研究，以此来对接头中是否有缺陷或者是损伤的存在进行有效检测，通过这几个方面的分析可以发现造成异常反射波产生的原因就是因为熔合线附近晶粒不均匀，而且比较粗大，所以产生了晶体各向异性，改变了声阻抗，并且这种情况产生于超声波探伤灵敏度高的情况下。通过这样的研究就可以更好的借助超声波探伤来对钢轨铝热焊焊接接头的异常反射波进行探测，进而可以使得钢轨铝热焊焊接接头的质量得到保证，有效促进我国现代铁路的发展。

【关键词】钢轨铝热焊接接头；超声波探伤；异常反射波；研究

引言

就现代铁路中的无缝线路钢轨焊接来说，非常重要的一种焊接技术就是钢轨铝热焊焊接技术，该焊接技术具有作业时间短、焊接方式简单以及焊接所占据的空间比较小的特征，所以在断轨抢修、联合接头以及日常的换轨等工作中得到了广泛的运用。在完成铝热焊以及打磨工作之后，就需要让接头冷却到自然轨温或者是40℃以下，然后在对其开展超声波探伤工作。在开展超声波探伤的过程中，若是在轨头的位置发现了异常反射波的存在，那么就需要对其进行磁粉探伤以及分层打磨，这也是一种对铝热焊接接头质量进行检验的方法之一，以此来对接头中是否有缺陷或者是损伤的存在进行有效检测。基于此，本文就钢轨铝热焊焊接接头超声波探伤异常反射波展开研究，以此来使得钢轨铝热焊焊接接头的质量得到保证，进而促进我国现代铁路的发展。

一、分层打磨

在对接头开展分层打磨试验的过程中，使用相应的超声波探伤仪器来对异常波反射位置进行定位，并利用手持砂轮机来分层打磨异常波反射位置[1]。一般来说，第一次打磨的深度为十毫米，待完成打磨之后需要对其进行冷却，之后再开展超声波探伤，这是该位置的异常波波形并没有变化发生。之后在进行打磨的时候，每一次打磨的深度为一毫米，每完成一些打磨都需要开展一次超声波探伤，这时异常波波形没有变化发生，但是用肉眼对其表面状态进行观察时发现并没有缺陷的存在。之后在探伤时利用磁粉探伤仪器发现异常反射波的位置并没有明显聚粉情况的存在，这也就表示异常反射波并不是因为宏观缺陷而导致的。

二、显微组织以及热处理

在开展显微组织以及热处理分析的过程中，采取了一个批次的铝热焊接材料来对六个接头进行焊接，然后利用超声波探伤的方式来对异常波反射波的产生率经过研究。经过分析和研究之后可以发现，异常反射波在轨头中是普遍存在的，所以为了可以了解产生这种情况产生的原因，针对实验的六个接头异常波位置开展了热处理以及金相显微组织观察等实验分析方式。

钢轨焊接接头超声波探伤的结果数据

  （一）显微组织

  在对一号接头开展显微组织分析过程中，就可以采取相应的超声波探伤仪来对异常波反射位置进行定位，并且还应该要从该位置来进行金相取样，并将该试样标记成为编号一[2]。之后对试样进行磨制，完成后将其放置在浓度为4%的硝酸酒精溶液中进行腐蚀，然后利用金相显微镜来对其显微组织间观察。与此同时，对于同一个接头轨头没有受到过热影响的母材再取一个金相试样，对于这也试样也需要按顺序对其进行编号，就也是将其标记成为试验二，接着也对其显微组织进行观察。

  通过试验观察之后可以发现，试样一的金相组织中含有少量的铁素体以及珠光体，由此可以判断这个铝热焊接接头的寒风组织是正常的[3]。而将试验一和试样二进行对比之后可以发现，钢轨铝热焊的焊缝属于一种铸造组织，并且其晶粒是不均与的，而且粗大。而就钢轨母材来说，其则属于轧制组织，该组织的晶粒比较细小，而且在熔合线的附近存在异常反射波，由此可以发现两处晶粒之间存在比较明显的差异性。

  在晶体学方面来看，之所以表现出这种差异性就是因为多晶粒晶体在不同晶相向上原子的紧密程度不一致，因此导致晶体在化学、物理以及力学性能等方面都体现出了明显差异性。换句话来说，当晶粒的大小不同，那么其声阻抗也是不同的，而且还存在各向异性。基于此，在超声波探伤的过程中，导致伤波反应的原因主要有两个方面，一方面就是因为金属中存在损伤，而另一方面就是因为焊缝中存在粗大的焊缝晶粒，所以导致晶体学的各向异性得以加强[4]。因此，在对焊缝类组织进行探伤的过程中，针对其中存在的声学各向异性，就应该要使用和母材不一样的超声波探伤方法以及频率。与此同时，因为在熔合线的附近有不均与且粗大的晶粒以及声学各向异性的存在，所以改变了声阻抗，这样若是超声波探伤的灵敏度比较高的时候，那么就会有异常反射波的存在。

  （二）热处理试验

  对于钢轨铝热焊接接头的异常反射波来说，为了可以进一步确定这是因为晶粒存在的差异性所导致的，那么就需要对试验过程中所使用到的六个接头分别开展正火热处理试验。在试验开展的过程中，可以采取专用的预热器来均匀的对铝热焊接头轨头进行加热，一直加热到900℃之后在对其进行一段时间的保温，最后再空冷到自然轨温

[5]。然后在扫查原异常反射波位置的时候就可以采取相应的超声波探伤仪，并使得原来的异常波形变成正常晶粒反射波，这时观察探伤的灵敏度。接下来在接头原来异常反射波的位置上将金相试样三号取下来，再磨制之后将其放置在4%的硝酸酒精溶液中进行腐蚀，然后对其显微组织进行观察。在对试样的显微组织进行观察的过程中可以发现，其组织中存在珠光体以及些许的铁素体，并且在经过正火之后其晶粒发生了明显的细化细线，由此可以发下这就是使得异常波消失的主要原因。

【结束语】

综上所述，本文通过对钢轨铝热焊接接头超声波探伤异常反射波进行研究的过程中可以得出以下几个方面的结论：首先，造成铝热焊接头轨头产生异常反射波的原因就是因为在接头熔合线附近存在部分和母材晶粒差异性比较大的晶粒。就熔合线附近的晶粒来说，存在不均与及粗大的特征，并且还有晶体学各向异性的存在，所以改变了声阻抗，这产生在超声波探伤灵敏度比较高的情况下。其次，对于铝热焊接头来说，其属于铸造组织，所以就很有可能是因为缺陷的存在而造成异常反射波，但是也可能是由于焊缝晶粒不均与和粗大等因素造成，因此就需要对多种因素进行考虑，懂得对其进行正确的区分。最后，对于钢轨铝热焊焊接进行超声波探伤的过程中，需要对发现的异常回波进行判断的时候，就应该要将其灵敏度恢复到探伤灵敏度的情况下，并且还应该要通过CAD曲线来展开评定。

【参考文献】

[1] 孙宝民, 陆凯. 5Ni钢焊缝超声波检测异常反射波分析[J]. 金属加工：热加工, 2017(18):3.

[2] 宋宏图, 徐其瑞, 丁韦. 移动闪光焊钢轨接头超声波探伤疑似伤损的解剖分析[J]. 铁道技术监督, 2016(8):4.

[3] 张欣, 段怡雄. 变截面杆体轴向超声波检测异常反射波成因分析[J]. 电力机车与城轨车辆, 2017, 40(5):3.

[4] 叶渊, 潘文彬, 杨韬,等. 钢轨铝热焊接接头性能的有限元分析[J]. 机电工程, 2013, 30(1):5.

[5]任金雷,沈跃勇,高松福,宋宏图,石孟雷.钢轨铝热焊接接头超声波探伤异常反射波分析[J].高速铁路新材料,2022,1(02):79-82.